LITHI HYDRUA: CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT, THU ĐƯỢC, SỬ DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các hiđrua liti là một chất rắn vô cơ có tinh các công thức hóa học Lih. Nó là muối vô cơ nhẹ nhất, trọng lượng phân tử của nó chỉ 8 g / mol. Nó được hình thành bởi sự kết hợp của ion liti Li ⁺ và ion hiđrua H ^- . Cả hai được liên kết bằng một liên kết ion.

LiH có nhiệt độ nóng chảy cao. Phản ứng dễ dàng với nước và khí hydro được tạo ra trong phản ứng. Nó có thể thu được bằng phản ứng giữa kim loại liti nóng chảy và khí hiđro. Nó được sử dụng rộng rãi trong các phản ứng hóa học để thu được các hyđrua khác.

Hiđrua liti, LiH. Không có tác giả đọc được bằng máy được cung cấp. JTiago giả định (dựa trên yêu cầu bản quyền). . Nguồn: Wikimedia Commons.

LiH đã được sử dụng để bảo vệ chống lại các bức xạ nguy hiểm như bức xạ được tìm thấy trong các lò phản ứng hạt nhân, tức là bức xạ ALPHA, BETA, GAMMA, proton, tia X và neutron.

Nó cũng đã được đề xuất để bảo vệ các vật liệu trong tên lửa vũ trụ chạy bằng động cơ nhiệt hạt nhân. Các nghiên cứu thậm chí đang được thực hiện để bảo vệ con người chống lại bức xạ vũ trụ trong các chuyến du hành tới hành tinh sao Hỏa trong tương lai.

Kết cấu

Trong hiđrua liti, hiđro có điện tích âm H ^- , vì nó đã trừ một điện tử ra khỏi kim loại, ở dạng ion Li ⁺ .

Cấu hình electron của cation Li ⁺ là: 1s ² rất bền. Và cấu trúc điện tử của anion hiđrua H ^- là: 1s ² , cũng rất bền.

Các cation và anion liên kết với nhau bằng lực tĩnh điện.

Tinh thể liti hiđrua có cấu trúc giống như natri clorua NaCl, tức là, cấu trúc tinh thể lập phương.

Cấu trúc tinh thể khối của hiđrua liti. Tác giả: Benjah-bmm27. Nguồn: Wikimedia Commons.

Danh pháp

- Lithi hydrua

- LiH

Tính chất

Tình trạng thể chất

Chất rắn kết tinh màu trắng hoặc không màu. LiH thương mại có thể có màu xám xanh do sự hiện diện của một lượng nhỏ kim loại liti.

Trọng lượng phân tử

8 g / mol

Độ nóng chảy

688 ºC

Điểm sôi

Nó phân hủy ở 850 ºC.

Nhiệt độ tự bốc cháy

200 ºC

Tỉ trọng

0,78 g / cm ³

Độ hòa tan

Phản ứng với nước. Nó không hòa tan trong ete và hydrocacbon.

Các tài sản khác

Hiđrua liti bền hơn nhiều so với hiđrua của các kim loại kiềm khác và có thể nóng chảy mà không bị phân hủy.

Nó không bị ảnh hưởng bởi oxy nếu nó được nung nóng đến nhiệt độ dưới màu đỏ. Nó cũng không bị ảnh hưởng bởi clo Cl ₂ và axit clohydric HCl.

Sự tiếp xúc của LiH với nhiệt và độ ẩm gây ra phản ứng tỏa nhiệt (tạo ra nhiệt) và sự phát triển của hydro H ₂ và liti hydroxit LiOH.

Nó có thể tạo thành bụi mịn có thể phát nổ khi tiếp xúc với lửa, nhiệt hoặc vật liệu oxy hóa. Nó không được tiếp xúc với oxit nitơ hoặc oxy lỏng, vì nó có thể phát nổ hoặc bốc cháy.

Nó tối đi khi tiếp xúc với ánh sáng.

Thu được

Trong phòng thí nghiệm, người ta thu được liti hiđrua bằng phản ứng giữa kim loại liti nóng chảy và khí hiđro ở nhiệt độ 973 K (700 ºC).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Kết quả tốt thu được khi tăng bề mặt tiếp xúc của liti nóng chảy và khi giảm thời gian lắng của LiH. Đó là một phản ứng tỏa nhiệt.

Sử dụng như một lá chắn bảo vệ chống lại bức xạ nguy hiểm

LiH có một số đặc điểm khiến nó trở nên hấp dẫn để sử dụng làm vật bảo vệ cho con người trong các lò phản ứng hạt nhân và hệ thống vũ trụ. Dưới đây là một số đặc điểm sau:

- Nó có hàm lượng hydro cao (12,68% khối lượng H) và số nguyên tử hydro cao trên một đơn vị thể tích (5,85 x 10 ²² nguyên tử H / cm ³ ).

- Điểm nóng chảy cao của nó cho phép nó được sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao mà không bị nóng chảy.

- Nó có áp suất phân ly thấp (~ 20 torr tại điểm nóng chảy của nó) cho phép vật liệu được nấu chảy và đông lạnh mà không bị phân hủy dưới áp suất hydro thấp.

- Nó có mật độ thấp nên hấp dẫn được sử dụng trong các hệ thống không gian.

- Tuy nhiên nhược điểm của nó là dẫn nhiệt kém, cơ tính kém. Nhưng điều này không hề làm giảm đi khả năng ứng dụng của nó.

- Các bộ phận LiH đóng vai trò là tấm chắn được sản xuất bằng cách ép nóng hoặc lạnh và bằng cách nấu chảy và đổ vào khuôn. Mặc dù hình thức cuối cùng này được ưa thích hơn.

- Ở nhiệt độ phòng, các bộ phận được bảo vệ khỏi nước và hơi nước và ở nhiệt độ cao bởi áp suất quá nhỏ của hydro trong hộp kín.

- Trong lò phản ứng hạt nhân

Trong lò phản ứng hạt nhân có hai loại bức xạ:

Bức xạ ion hóa trực tiếp

Chúng là các hạt năng lượng cao mang điện tích, chẳng hạn như hạt alpha (α) và beta (β) và proton. Loại bức xạ này tương tác rất mạnh với vật liệu của tấm chắn, gây ra sự ion hóa bằng cách tương tác với các electron của nguyên tử vật liệu mà chúng đi qua.

Bức xạ ion hóa gián tiếp

Chúng là neutron, tia gamma (γ) và tia X, có khả năng xuyên thấu và cần sự bảo vệ lớn, vì chúng liên quan đến sự phát xạ các hạt mang điện thứ cấp, là nguyên nhân gây ra ion hóa.

Biểu tượng để cảnh báo nguy cơ nhiễm xạ nguy hiểm. IAEA & ISO. Nguồn: Wikimedia Commons.

Theo một số nguồn, LiH có hiệu quả trong việc bảo vệ vật liệu và con người chống lại các loại bức xạ này.

- Trong không gian hệ thống đẩy nhiệt hạt nhân

LiH gần đây đã được chọn làm vật liệu che chắn bức xạ hạt nhân tiềm năng và chất điều tiết cho các hệ thống động cơ đẩy nhiệt hạt nhân trên tàu vũ trụ có hành trình rất dài.

Bản vẽ của một nghệ sĩ về phương tiện vũ trụ chạy bằng năng lượng hạt nhân quay quanh sao Hỏa. NASA / SAIC / Pat Rawlings. Nguồn: Wikimedia Commons.

Mật độ thấp và hàm lượng hydro cao giúp nó có thể giảm khối lượng và thể tích của lò phản ứng chạy bằng năng lượng hạt nhân một cách hiệu quả.

- Bảo vệ chống lại bức xạ vũ trụ

Tiếp xúc với bức xạ không gian là nguy cơ đáng kể nhất đối với sức khỏe con người trong các sứ mệnh thám hiểm liên hành tinh trong tương lai.

Trong không gian sâu, các phi hành gia sẽ tiếp xúc với toàn bộ quang phổ của tia vũ trụ thiên hà (các ion năng lượng cao) và các sự kiện phóng hạt mặt trời (proton).

Nguy cơ phơi nhiễm phóng xạ tăng lên theo thời gian của các nhiệm vụ. Ngoài ra, việc bảo vệ những nơi mà các nhà thám hiểm sẽ sinh sống cũng phải được xem xét.

Mô phỏng môi trường sống trong tương lai trên hành tinh Sao Hỏa. NASA. Nguồn: Wikimedia Commons.

Theo thứ tự ý tưởng này, một nghiên cứu được thực hiện vào năm 2018 đã chỉ ra rằng trong số các vật liệu được thử nghiệm, LiH cung cấp mức giảm bức xạ lớn nhất trên mỗi gam trên cm ² , do đó là một trong những ứng cử viên tốt nhất được sử dụng để bảo vệ chống lại bức xạ vũ trụ. Tuy nhiên, những nghiên cứu này phải được đào sâu.

Sử dụng như một phương tiện lưu trữ và vận chuyển hydro an toàn

Thu nhận năng lượng từ H ₂ là điều đã được nghiên cứu trong vài chục năm và đã được ứng dụng để thay thế nhiên liệu hóa thạch trong các phương tiện giao thông.

H ₂ có thể được sử dụng trong pin nhiên liệu và góp phần giảm sản xuất CO ₂ và NO _x , do đó tránh được hiệu ứng nhà kính và ô nhiễm. Tuy nhiên, một hệ thống hiệu quả để lưu trữ và vận chuyển H ₂ một cách an toàn, với trọng lượng nhẹ, nhỏ gọn hoặc kích thước nhỏ để lưu trữ nó một cách nhanh chóng và giải phóng H ₂ một cách nhanh chóng vẫn chưa được tìm thấy .

Lithi hiđrua LiH là một trong những hiđrua kiềm có khả năng lưu giữ H ₂ cao nhất (12,7% khối lượng H). Giải phóng H ₂ bằng cách thủy phân theo phản ứng sau:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH cung cấp 0,254 Kg hydro cho mỗi Kg LiH. Ngoài ra, nó có dung lượng lưu trữ cao trên một đơn vị thể tích, có nghĩa là nó có trọng lượng nhẹ và là một phương tiện nhỏ gọn để lưu trữ H ₂ .

Xe máy có nhiên liệu là hydro được lưu trữ ở dạng hydrua kim loại như LiH. DOE US Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE). Nguồn: Wikimedia Commons.

Ngoài ra, LiH tạo thành dễ dàng hơn các hyđrua kim loại kiềm khác và ổn định về mặt hóa học ở nhiệt độ và áp suất môi trường. LiH có thể được vận chuyển từ nhà sản xuất hoặc nhà cung cấp đến người dùng. Sau đó, bằng cách thủy phân LiH, H ₂ được tạo ra và điều này được sử dụng một cách an toàn.

Liti hydroxit LiOH được tạo thành có thể được trả lại cho nhà cung cấp để tái sinh liti bằng cách điện phân, và sau đó sản xuất lại LiH.

LiH cũng đã được nghiên cứu thành công để sử dụng cùng với hydrazine borated cho cùng mục đích.

Sử dụng trong các phản ứng hóa học

LiH cho phép tổng hợp các hyđrua phức tạp.

Ví dụ, nó phục vụ để điều chế lithium triethylborohydride, là một nucleophile mạnh trong các phản ứng chuyển vị halogen hữu cơ.

Người giới thiệu

1. Sato, Y. và Takeda, O. (2013). Hệ thống lưu trữ và vận chuyển hydro thông qua Lithium Hydride sử dụng công nghệ muối nóng chảy. Trong Hóa học muối nóng chảy. Chương 22, trang 451-470. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
2. Thư viện Y khoa Quốc gia Hoa Kỳ. (2019). Liti Hydrua. Đã khôi phục từ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. và cộng sự. (2019). Khảo sát ảnh hưởng của hiệu ứng nhiệt hạt nhân của liti hydrua đến khả năng phản ứng của lò phản ứng tầng hạt đẩy hạt nhân. Biên niên sử về năng lượng hạt nhân 128 (2019) 24-32. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
4. Cotton, F. Albert và Wilkinson, Geoffrey. (1980). Hóa học Vô cơ nâng cao. Ấn bản thứ tư. John Wiley và các con trai.
5. Giraudo, M. và cộng sự. (2018). Các thử nghiệm dựa trên máy gia tốc về hiệu quả che chắn của các vật liệu khác nhau và nhiều lớp bằng cách sử dụng các ion nặng và nhẹ năng lượng cao. Nghiên cứu bức xạ 190; 526-537 (2018). Đã khôi phục từ ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). Lithi hydrua: Vật liệu che chắn tuổi không gian. Kỹ thuật và thiết kế hạt nhân 26, 3, tháng 2 năm 1974, trang 444-460. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
7. Simnad, MT (2001). Lò phản ứng hạt nhân: Vật liệu che chắn. In Encyclopedia of Materials: Science and Technology (Tái bản lần thứ hai). Trang 6377-6384. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
8. Hügle, T. và cộng sự. (2009). Hydrazine Borane: Một vật liệu lưu trữ hydro đầy hứa hẹn. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Đã khôi phục từ pubs.acs.org.